等離子體源增強沉積設備的製作方法
2023-12-06 03:41:01 1
專利名稱：等離子體源增強沉積設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於等離子體表面物理氣相沉積技術領域。
背景技術：
離子氮化技術是本世紀60年代發展起來的材料表面強化技術，它是利用低真空數百帕氣體輝光放電產生的離子來轟擊金屬或合金的表面、加熱、滲氮，提高材料表面的耐磨損、抗腐蝕和疲勞等性能。80年代人們基本解決了大功率電源滅弧屏蔽技術和多元滲工藝，在工業生產中獲得了成功的應用。
氮化鈦膜層具有硬度高、磨擦係數小和耐腐蝕性能好的特點。在裝飾、防腐、減磨和提高部件使用壽命方面發揮越來越大的作用。眾所周知，在做為超硬膜的應用中需要力學性能相應性和膜基界面混合以改善膜層的結合力、提高膜層的服役能力和使用壽命。近年來人們試圖發展離子強化-鍍膜一體化技術，既離子氮化和離子鍍膜。研究結果表明，該項技術能顯著地改善試件的抗磨蝕、抗疲勞性能。但是，目前的研究難以克服兩種工藝的技術難點而大多數是採用兩步工藝，工藝過程複雜難以保證膜基結合力的質量。為此，我們研究熱絲陰極等離子體源，在離子鍍膜同樣的真空條件下10-1Pa進行快速離子氮化並連續實現離子氮化-鍍膜一體化技術，探索發展新型材料表面強化和鍍膜工業應用技術。
發明內容
本實用新型的目的就是提供一種適合工業應用、利於產業化的等離子體源增強沉積設備，實現等離子體表面強化和表面鍍膜一體化技術。
本實用新型的技術解決方案是，等離子體源增強沉積設備由真空系統、加熱系統、偏壓電源、供氣系統、工件傳動系統以及等離子體源與金屬蒸發源真空弧或磁控濺射組成，由等離子體源14提供氣體離化的等離子體，在偏壓作用下，載能離子清洗、活化和強化材料表面，並與金屬蒸發源真空弧15或磁控濺射產生的金屬離子合成薄膜，實現等離子體源強化-鍍膜一體化技術。
等離子體源14採用熱絲結構，氣體由進氣口3進入；熱絲8由熱絲電源1提供能量；離化電源5正極連接陽極7，負極接陰極2，產生離化磁場；磁場由磁場線圈6產生。加熱的熱絲8發出的電子在離化電場和磁場的作用下激發氣體分子電離形成氣體等離體。圓柱空心捕集室4可極大延長熱絲8工作壽命和提高氣體電離效率。
熱絲等離子體源的功率和效率取決於熱絲8功率、直流電場功率、氣體壓強和氣體種類。當熱絲8電流和電場功率增加時，電子產額增加，氣體離化率和離子密度增加。氣體等離子體源的熱絲電源1設計為0～10V可調，功率為2KW。直流電場的電流為50A，工作真空度為0.1～0.01Pa量級。
本實用新型達到的有益效果是適合工業應用、利於產業化。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
圖1是本實用新型的等離子體源結構示意圖。
圖2是本實用的真空系統結構示意圖。
圖3是本實用新型真空室中等離子體源與多弧排列示意圖。
具體實施方式
將清洗後的工件13裝入真空室9，啟動機械泵11，將真空抽至10-1Pa，啟動油擴散泵10。將真空室9真空度抽至10-3Pa。
等離子體源強化-鍍膜一體化技術工藝分為表面離子清理、離子氮化、清理界面和離子鍍膜四個步驟，工作真空度為0.3～0.5Pa，通入等離子體源14的氬氣離化產生氬離子清理試件15～30min，工件13表面溫度達到500℃；通入等離子體源14氮氣離化產生氮離子，氮離子氮化1hr時，溫度保持在520℃，氮化速度約為每小時80μm；氬離子清理工件13氮化表面15min，去除工件13表面的析出物和附著物以保證膜基結合力；最後完成等離子體源14與真空弧15鍍膜工藝，氮離子是由等離子體源14離化產生的，鍍膜約為1h，膜層厚度約為2μm。試驗材料40Cr，經離子氮化-鍍膜後，表層氮化鈦硬度達到Hv2200，氮化層硬度由Hv950逐漸降低到材料基體硬度Hv240，氮化層深度大於80μm，氮化層為γ相和少量ε相。
權利要求1.等離子體源增強沉積設備，包括真空系統、加熱器(18)、偏壓電源(12)、真空室進氣管(17)、工件傳動裝置和蒸發源，其特徵在於，還包括等離子體源(14)和等離子體源進氣管(3)，加熱器(18)固定在真空系統中的真空室(9)內，偏壓電源(12)的正極接真空室(9)，偏壓電源(12)的負極接工件(13)，真空室進氣管(17)、等離子體源進氣管(3)與真空室(9)連接，工件傳動裝置安裝在真空室(9)內，蒸發源和等離子體源(14)同時安裝在真空室(9)壁上。
2.根據權利要求書1所述的等離子體源增強沉積設備，其特徵在於，蒸發源是磁控濺射(16)。
3.根據權利要求書1所述的等離子體源增強沉積設備，其特徵在於，蒸發源是真空弧(15)。
專利摘要等離子體源增強沉積設備屬於等離子體表面物理氣相沉積技術領域。等離子體源增強沉積設備由真空系統、加熱系統、偏壓電源、供氣系統、工件傳動系統以及等離子體源與真空弧、磁控濺射組成，由等離子體源提供氣體離化的等離子體，在偏壓作用下，載能離子清洗、活化和強化材料表面，並與真空弧、磁控濺射產生的金屬離子合成薄膜，實現等離子體源強化－鍍膜一體化技術。本實用新型設備設計適合工業應用的等離子體源，利於產業化技術。應用於機械，信息，建築裝璜等領域。尤其適用於深層強化和表面處理的工模具。
文檔編號C23C14/32GK2632095SQ03211548
公開日2004年8月11日 申請日期2003年2月20日 優先權日2003年2月20日
發明者李國卿, 關秉羽, 李劍鋒, 牟宗信 申請人:大連理工大學